钢混凝土组合梁详解.pptx

1建筑工程学院建筑工程学院 钢混凝土组合结构钢混凝土组合结构土木工程专业土木工程专业本科本科课程教学课程教学 主主 讲：讲：周周 天天 华华 2013.11 2013.11（第（第3 3章章 钢钢-混凝土组合梁）混凝土组合梁）2组合组合梁梁的分类、形式的分类、形式梁梁钢包混凝土钢包混凝土混凝土包钢混凝土包钢型钢混凝土型钢混凝土拉区拉区钢钢压区压区混凝土混凝土类型类型1类型类型2类型类型3本本章章内内容容3组合组合梁梁的分类、形式的分类、形式梁梁拉区拉区钢钢压区压区混凝土混凝土类型类型141.完全组合梁完全组合梁本课程主要学习的本课程主要学习的重点内容重点内容按按受力受力形式分类形式分类2.非组合梁非组合梁实际不是组合梁，工程中应用少。实际不是组合梁，工程中应用少。3.部分组合梁部分组合梁了解了解5高层民用建筑钢结构技术规程高层民用建筑钢结构技术规程 JGJ 99-98 弹性设计；弹性设计；塑性设计。塑性设计。依据规范：依据规范：钢结构设计规范钢结构设计规范 GB500172003 仅有仅有塑性设计。塑性设计。6钢钢混凝土组合梁混凝土组合梁设计内容设计内容重点掌握重点掌握完全抗剪连接完全抗剪连接组合梁的设计方法；组合梁的设计方法；设设计计内内容容弹性弹性方法方法塑性塑性方法方法钢梁钢梁压区砼压区砼换算换算为为钢钢施工阶段施工阶段使用阶段使用阶段有无有无支撑支撑？短期短期长期长期抗弯抗弯抗剪抗剪折算应力折算应力连接件连接件挠度挠度稳定稳定裂缝裂缝截面截面砼砼和和钢钢均均达达设计设计强度强度7 通过通过剪力连接件剪力连接件将混凝土将混凝土板板与钢与钢梁梁连接成连接成整体整体，形成钢与形成钢与混凝土组合梁混凝土组合梁。在这种组合梁中，混凝土与。在这种组合梁中，混凝土与钢梁共同受力，协调变形。这种组合梁能够充分的利钢梁共同受力，协调变形。这种组合梁能够充分的利用用钢材所具有的抗拉性能钢材所具有的抗拉性能和和混凝土所具有的抗压性能混凝土所具有的抗压性能，从而使这两种不同性能的材料得到从而使这两种不同性能的材料得到合理的利用合理的利用。3.1概概述述8钢钢与与混混凝凝土土组组合合梁梁截截面面由由钢钢梁梁、翼翼板板(或或加加板托）和抗剪连接件等组成，见图板托）和抗剪连接件等组成，见图3.1.1。3.1.1 钢钢-混凝土组合梁混凝土组合梁的组成的组成910（1）现浇钢筋混凝土翼缘板，见图）现浇钢筋混凝土翼缘板，见图3.1.2 1、翼缘板、翼缘板11（2）预制钢筋混凝土翼缘板，见图）预制钢筋混凝土翼缘板，见图3.1.3 12（3）压型钢板翼缘板（见图）压型钢板翼缘板（见图3.1.4）13组合梁中的钢梁截面一般有以下几种：组合梁中的钢梁截面一般有以下几种：（1）工字钢梁）工字钢梁（2）箱形钢梁箱形钢梁（3）轻钢桁架及普通钢桁架梁）轻钢桁架及普通钢桁架梁（4）蜂窝式梁）蜂窝式梁 2、钢梁、钢梁1415 为为了了保保证证板板与与钢钢梁梁上上下下结结构构有有效效的的共共同同工工作作，必必须须在在交交界界面面上上设设置置抗抗剪剪连连接接件件。抗抗剪剪连连结结件件的的形形状状应应保保证证既既能能保保证证抗抗剪剪滑滑移移又又能能抵抵抗抗掀掀起起力力的的作用作用。3、抗剪连接件、抗剪连接件16钢与混凝土组合梁钢与混凝土组合梁抗剪抗剪连接件种类及示意图连接件种类及示意图17 由由混混凝凝土土翼翼缘缘板板与与钢钢梁梁组组成成的的组组合合梁梁，若若两两者者交交界界面面上上之之间间无无连连接接措措施施时时，则则在在竖竖向向荷荷载载作作用用下下，混混凝凝土土翼翼缘缘板板截截面面和和钢钢梁梁的的弯弯曲曲相相互互独独立立，见见图图3.1.73.1.7各各自自有有中中和和轴轴。若若忽忽略略交交界界面面上上的的摩摩擦擦力力，交交界界面面上上仅仅有有竖竖向向压压力力，二二者者必必然然发发生生相相对对水水平平滑滑移移错错动动。所所以以，其其受受弯弯承承载载力力为为混混凝凝土土板板截截面面受受弯弯承承载载力力和和钢钢梁梁截截面面受受弯弯承承载载力之和。这种梁成为力之和。这种梁成为非组合梁非组合梁。3.1.2 组合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理非组合梁非组合梁183.1.2 组合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理非组合梁非组合梁19 若若在在钢钢梁梁的的上上翼翼缘缘设设置置足足够够的的抗抗剪剪连连接接件件并并深深入入混混凝凝土土板板形形成成整整体体，则则可可阻阻止止混混凝凝土土板板与与钢钢梁梁之之间间产产生生的的相相对对滑滑移移，使使二二者者的的弯弯曲曲变变形形协协调调，共同承担荷载作用，即共同承担荷载作用，即形成形成组合梁组合梁。在在荷荷载载作作用用下下，组组合合梁梁截截面面仅仅有有一一个个中中和和轴轴，混凝土板混凝土板主要主要承受压力承受压力，钢梁钢梁主要主要承受拉力承受拉力。3.1.2 组合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理组合梁组合梁203.1.2 组合梁工作的基本原理组合梁工作的基本原理组合梁组合梁本课程重点学习本课程重点学习组合梁组合梁21 组组合合梁梁截截面面分分析析方方法法有有弹弹性性理理论论方方法法和和考考虑虑截截面面塑塑性性变形发展的变形发展的塑性理论塑性理论计算方法。计算方法。1、弹性理论弹性理论计算方法计算方法弹弹性性理理论论计计算算方方法法就就是是材材料料力力学学方方法法。这这种种计计算算方方法法适合适合组合梁构件的组合梁构件的施工阶段计算施工阶段计算。2、塑性理论塑性理论计算方法计算方法塑性理论计算方法塑性理论计算方法适用适用与计算承受静力荷载或间接与计算承受静力荷载或间接动力荷载作用下的组合梁截面计算。计算时考虑构件截动力荷载作用下的组合梁截面计算。计算时考虑构件截面上的应力重分布。面上的应力重分布。3.1.3 组合梁截面组合梁截面分析方法分析方法223.1.4 组合梁的组合梁的施工方法施工方法组合梁的组合梁的施工方法施工方法主要有以下两种：主要有以下两种：1.施工阶段组合梁下施工阶段组合梁下不设临时支撑不设临时支撑 对施工阶段不设临时支撑的组合梁，计算分析时应按对施工阶段不设临时支撑的组合梁，计算分析时应按两阶段两阶段考虑：考虑：（1）在施工阶段，）在施工阶段，即混凝土板的强度达到即混凝土板的强度达到75%以前，钢梁的自重、混凝土板的以前，钢梁的自重、混凝土板的自重和施工活荷载由钢梁承受，并按自重和施工活荷载由钢梁承受，并按钢结构设计规范钢结构设计规范规定的方法计算；规定的方法计算；（2）在使用阶段，）在使用阶段，即当混凝土板的强度达到即当混凝土板的强度达到75%的设计强度后，用的设计强度后，用弹性理论弹性理论计计算承载力时，使用荷载和第二阶段增加的恒载由组合截面承受。用算承载力时，使用荷载和第二阶段增加的恒载由组合截面承受。用塑性理论方塑性理论方法计算时，则全部荷载由组合梁承受。法计算时，则全部荷载由组合梁承受。233.1.4 组合梁的组合梁的施工方法施工方法2.施工阶段组合梁施工阶段组合梁下设临时支撑下设临时支撑 施工阶段在组合梁下施工阶段在组合梁下设置临时支撑设置临时支撑，临时支撑的数量根据组合梁的跨度大小，临时支撑的数量根据组合梁的跨度大小来确定，当跨度来确定，当跨度L大于大于7m时，支撑不应少于时，支撑不应少于3个，当跨度个，当跨度L小于小于7m时，可设置时，可设置12个支撑。支撑设置的精确数量应根据施工阶段的变形来确定。这时，个支撑。支撑设置的精确数量应根据施工阶段的变形来确定。这时，组合梁不必组合梁不必进行施工阶段的计算，按使用阶段进行计算，进行施工阶段的计算，按使用阶段进行计算，全部荷载均由组合梁承受。设置临全部荷载均由组合梁承受。设置临时支撑可以减少组合梁在使用阶段的挠度，但需要较多的连接件来抵抗钢梁与混时支撑可以减少组合梁在使用阶段的挠度，但需要较多的连接件来抵抗钢梁与混凝土板之间的相对滑移。凝土板之间的相对滑移。24 3.2.1 材料材料1.混凝土混凝土强度等级不低于C20。2.钢筋钢筋混凝土板中一般采用HPB235与HRB335。3.钢材钢材 宜采用Q235与Q345。3.2构造要求构造要求25 1、组合梁的截面高度、组合梁的截面高度 简支梁组合梁的高跨比为1/181/12,一般取1/15.2、混凝土楼板的厚度、混凝土楼板的厚度 当楼板采用压型钢板组合板时,压型钢板凸肋顶至混凝土板顶混凝土板厚度不应小于50mm.当楼板采用普通钢筋混凝土板时,混凝土板的厚度不应小于100mm.组合梁混凝土板厚，一般以10mm为模数，经常采用的板厚为100mm、120mm、140mm、160mm。3 3、混凝土板的有效宽度、混凝土板的有效宽度 3.2.2 截面尺寸截面尺寸263、混凝土板的有效宽度、混凝土板的有效宽度27 板托顶部的宽度与板托高度之比应不小于1.5,且板托的高度不应大于混凝土板得厚度的1.5倍 4 4、板托尺寸、板托尺寸28（1）截面尺寸 组合梁中的钢梁,其截面高度不应小于组合梁截面高度(包括板托)的 ,即 （2）截面形状和加劲肋 5 5、钢梁、钢梁293.2.3 主、次梁的连接主、次梁的连接303.3.1 3.3.1 组合梁正截面受力性能组合梁正截面受力性能 由试验结果知；从加荷到破坏，组合梁正截面经历弹性、弹塑性和塑性三个受力阶段，见图3.3.13.3组合梁试验结果分析组合梁试验结果分析弹性弹性弹塑性弹塑性塑性塑性AB3132简支简支组合梁破坏形态组合梁破坏形态 33连续连续组合梁破坏形态组合梁破坏形态 34 1、弹性阶段、弹性阶段 在荷载作用初期，组合梁整体工作性能良好，荷载变形曲在荷载作用初期，组合梁整体工作性能良好，荷载变形曲线基本上呈线性增长，当荷载达极限荷载的线基本上呈线性增长，当荷载达极限荷载的50%50%左右时，钢梁的下左右时，钢梁的下翼缘开始屈服，而钢梁其它部分还有还处于弹性工作状态翼缘开始屈服，而钢梁其它部分还有还处于弹性工作状态 2、弹塑性阶段、弹塑性阶段 加荷至混凝土翼缘板板底开裂后，钢梁的应变速率加快，组加荷至混凝土翼缘板板底开裂后，钢梁的应变速率加快，组合梁的变形增长速度大于荷载的增长速度，荷载变形曲线开始合梁的变形增长速度大于荷载的增长速度，荷载变形曲线开始偏离原来的直线。当钢梁下翼缘达到曲服后，组合梁的挠度变形偏离原来的直线。当钢梁下翼缘达到曲服后，组合梁的挠度变形显著增大，组合梁的工作进入弹塑性阶段显著增大，组合梁的工作进入弹塑性阶段 3.3.1 3.3.1 组合梁组合梁正截面正截面受力性能受力性能35 3、塑性阶段、塑性阶段 加荷至破坏荷载的加荷至破坏荷载的9090以上时，组合梁跨以上时，组合梁跨中的挠度变形大幅度增中的挠度变形大幅度增长，荷载变形曲线基长，荷载变形曲线基本呈水平趋势发展，此本呈水平趋势发展，此时组合梁的工作已进入时组合梁的工作已进入塑性工作阶段。塑性工作阶段。3.3.1 3.3.1 组合梁正截面受力性能组合梁正截面受力性能36 图3.3.3 组合梁截面实测应变图3.3.1 3.3.1 组合梁正截面受力性能组合梁正截面受力性能 373.3.2 组合梁交接面的滑移特征组合梁交接面的滑移特征38 2、影响组合梁交接面上滑移的因素、影响组合梁交接面上滑移的因素 （1 1）由由图图3.3.43.3.4可可以以看看出出，在在荷荷载载作作用用初初期期，荷荷载载滑滑移移曲曲线线明明显显呈呈线线性性关关系系，当当荷荷载载达达到到极极限限荷荷载载的的70%70%时，滑移增长速度明显大于荷载的增长速度时，滑移增长速度明显大于荷载的增长速度。（2 2）连接件的刚度对滑移分布有着重要的影响。）连接件的刚度对滑移分布有着重要的影响。（3 3）混凝土的强度对组合梁交接面上滑移有一定）混凝土的强度对组合梁交接面上滑移有一定的影响。的影响。3.3.2 组合梁交接面的组合梁交接面的滑移特征滑移特征39 3.4.13.4.1 截面几何特征值截面几何特征值 1、换算截面、换算截面 组合梁在正弯矩作用下按弹性理论进行截面分析时，应根组合梁在正弯矩作用下按弹性理论进行截面分析时，应根据据截面应变相同且总内力不变截面应变相同且总内力不变的原则，将受压混凝土板的有效的原则，将受压混凝土板的有效宽度宽度折算成与钢材等效的换算截面折算成与钢材等效的换算截面宽度，见图宽度，见图3.4.1。即：把即：把混凝土混凝土换算为换算为钢钢3.4组合梁按弹性理论分析组合梁按弹性理论分析401、换算截面、换算截面y0图图3.4.141（1）荷载短期效应组合时 （3.4.1）（2）荷期长期效应组合时 （3.4.2）式中 混凝土翼板换算为钢材的等效宽度；混凝土翼板的有效宽度；钢材弹性模量E与混凝土模量Ec的比值。1、换算截面、换算截面42 (3.4.3)第个单元的截面面积,对混凝土单元需将其换算成钢材单元进行计算；第个单元重心轴距截面顶边得距离。当考虑混凝土得徐变影响时,应将公式3.4.23.4.2代入公式3.4.33.4.3进行计算,即可求得考虑混凝土徐变影响的组合截面的重心轴距组合截面顶边的距离,并用 表示。2 2、换算截面重心轴、换算截面重心轴(中和轴中和轴)的位置的位置43（1）中和轴在板内（见图3.4.2）3 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩443 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩（中和轴在板内）45（2）中和轴在板下（见图3.4.3）3 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩463 3、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩、荷载短期效应组合下截面弹性抵抗矩（中和轴在板下）47 组组合合梁梁在在永永久久荷荷载载的的长长期期作作用用下下,受受压压翼翼缘缘混混凝凝土土发发生生徐徐变变,将将使使混混凝凝土土翼翼缘缘的的应应力力减减小小,钢钢梁梁的的应应力力增增大大。为为了了在在计计算算中中反反映映这这一一效效应应,可可将将混混凝凝土土翼翼缘缘板板有有效效宽宽度内的截面面积除以度内的截面面积除以2 2换算成钢材换算成钢材截面面积。截面面积。此此情情况况下下,组组合合截截面面的的中中和和轴轴一一般般位位于于钢钢梁梁的的截截面面内内（见见图图3.4.33.4.3）。换换算算后后的的组组合合截截面面面面积积、惯惯性性矩矩、对对钢钢梁梁上上翼翼缘缘、下下翼翼缘缘的的抵抵抗抗矩矩以以及及对对组组合合梁梁顶顶面面的的抵抵抗抗矩为按下式计算矩为按下式计算:4、考虑混凝土、考虑混凝土徐变徐变的截面抵抗矩的截面抵抗矩484、考虑混凝土、考虑混凝土徐变徐变的截面抵抗矩的截面抵抗矩49 在楼板的混凝土未达到强度设计值以前，在楼板的混凝土未达到强度设计值以前，全部全部荷载荷载由组合梁中的由组合梁中的钢梁承受钢梁承受，所以，施工阶段只需对钢梁进，所以，施工阶段只需对钢梁进行计算，其计算内容为；钢梁的正应力计算、剪应力计行计算，其计算内容为；钢梁的正应力计算、剪应力计算、整体稳定计算和钢梁挠度计算。此时称为组合梁的算、整体稳定计算和钢梁挠度计算。此时称为组合梁的第一受力阶段。第一受力阶段。在施工阶段在施工阶段,当钢梁受压翼缘的自由长度与其宽度当钢梁受压翼缘的自由长度与其宽度之比不超过之比不超过表表3.4.13.4.1规定数值时规定数值时,可不进行整体稳定验算可不进行整体稳定验算。3.4.2 3.4.2 施工阶段施工阶段组合梁计算组合梁计算50（1）永久荷载 混凝土板、模板及钢梁的自重。（2）可变荷载 1）施工活荷载；工人、施工机具及设备等自重。2）附加活荷载 附加管线、混凝土堆放、混凝土泵等以及过量冲击效应适当的增加荷载。1 1、荷载计算荷载计算51（1）单向弯曲 钢梁在单向弯矩 的作用下，其截面的正应力应满足下式要求：（2）双向弯曲 钢梁在双向弯矩和的共同作用下，其截面正应力应满足下列要求：2、钢梁正应力计算、钢梁正应力计算52式中 绕X轴和Y轴的弯矩设计值，对工字 形截面，X轴为强轴 Y轴为弱轴；对X轴和Y轴的净截面抵抗拒；截面塑性发展系数，工字形截面分别 取1.05、1.2，箱形截面均取1.05；钢材的抗弯强度设计值。2、钢梁正应力计算、钢梁正应力计算53 当钢梁当受压翼缘的自由外伸宽度与其厚度比值 （图3.4.4），但能满足下列公式要求时，应取 。对于工字截面梁 对于箱形截面梁 2、钢梁正应力计算、钢梁正应力计算54 在主平面内受弯的实腹式钢梁,其腹板的剪应力应满足下列条件：4、钢梁的整体稳定性、钢梁的整体稳定性 组合梁中的钢梁部件,当其受压翼缘的自由长度与宽度比值超过表3.4.1中规定的限值时,应按下式验算楼板混凝土未凝固前的钢梁整体稳定性：3、钢梁剪应力计算、钢梁剪应力计算55 组合梁施工阶段荷载短期效应组合，简支钢梁在均布荷载作用下的挠度，按下式进行验算：施工阶段作用于钢梁上的均布荷载值;、钢梁的跨度和截面惯性矩;钢材的弹性模量.5、钢梁挠度验算、钢梁挠度验算56 在在使使用用阶阶段段，混混凝凝土土翼翼缘缘板板强强度度达达到到强强度度的的设设计计值值，混混凝凝土土翼翼缘缘板板与与钢钢梁梁形形成成了了整整体体，此此时时，应应按按组组合合梁梁进进行行计计算算。采采用用弹弹性性理理论论计计算算时时，要要根根据据计计算算要要求求采采用用换换算算截截面面。使使用用阶阶段段后后加加的的荷荷载载由由组组合合梁梁来来承承受受（称称为为第第二二受受力力阶阶段段），此此时时，钢钢梁梁的的应应力力计计算算应应考考虑虑两两阶阶段段的的应应力力叠叠加加，组组合合梁梁混混凝凝土土翼翼缘缘板板的的应应力力则则只只考考虑虑使使用用阶阶段段所所加加的的应应力力影响。影响。3.4.3 使用阶段使用阶段计算计算571、适用范围、适用范围 符符合合下下列列情情况况之之一一的的组组合合梁梁,应应按按弹弹性性理理论论进进行行截截面面分析和截面应力力计算。分析和截面应力力计算。（1 1）组合梁内钢梁翼缘或腹板的板件的宽厚比值大于）组合梁内钢梁翼缘或腹板的板件的宽厚比值大于表表3.4.1规定的限值规定的限值,且其组合梁截面的中和轴位于钢梁且其组合梁截面的中和轴位于钢梁腹板内。腹板内。（2 2）在在设设计计荷荷载载作作用用下下,可可能能因因交交替替发发生生受受拉拉、受受压压屈屈服使材料产生低周期疲劳破坏的构件。服使材料产生低周期疲劳破坏的构件。（3 3）组合梁的中和轴虽位于钢梁截面内，但钢梁翼缘）组合梁的中和轴虽位于钢梁截面内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均能满足表和腹板的板件宽厚比均能满足表3.4.13.4.1的要求。的要求。3.4.33.4.3 使用阶段计算使用阶段计算58 (1)钢梁部件拉应力小于钢材的屈服强度钢梁部件拉应力小于钢材的屈服强度,混凝土最大压应力小于混凝土最大压应力小于0.5倍轴心抗压强度。倍轴心抗压强度。(2)钢梁宽厚比较大钢梁宽厚比较大,钢梁受力后钢梁受力后,截面尚截面尚未出现塑性化以前未出现塑性化以前,受压翼缘和腹板有可能发受压翼缘和腹板有可能发生局部屈曲。生局部屈曲。2、适用条件、适用条件59(1)计算假定计算假定 1)1)钢材和混凝土均为理想的弹性材料；钢材和混凝土均为理想的弹性材料；2)2)钢梁和混凝土板之间的相对滑移很小钢梁和混凝土板之间的相对滑移很小,可以忽略可以忽略 不计不计,接截面在弯曲后仍保持平面；接截面在弯曲后仍保持平面；3)3)截面应变符合平截面假定；截面应变符合平截面假定；4)4)不考虑组合梁混凝土翼缘板内钢筋；不考虑组合梁混凝土翼缘板内钢筋；5)5)不考虑混凝土开裂影响；不考虑混凝土开裂影响；6)6)当钢筋混凝土楼板下边设置板托时当钢筋混凝土楼板下边设置板托时,不考虑混凝不考虑混凝 土板托影响。土板托影响。3、组合梁正应力计算、组合梁正应力计算60 当当将将组组合合梁梁中中混混凝凝土土等等效效换换算算成成钢钢材材以以后后,即即可可认认为为组组合合梁梁的的截截面面是是由由单单一一材材料料钢钢材材组组成成,组合截面的正应力可以用材料力学的公式计算。组合截面的正应力可以用材料力学的公式计算。1)1)当当组组合合梁梁下下设设置置临临时时支支撑撑时时,按按一一阶阶段段受受力力设设计计,梁梁上上的的荷荷载载全全部部由由组组合合截截面面承承担担。当当不不考考虑虑混混凝凝土土徐徐变变的的影影响响时时,其其截截面面应应力力可可按按下下式计算：式计算：(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算61A A、中和轴在板内、中和轴在板内 对钢梁上翼缘对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 (2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算62 B B、中和轴在板下、中和轴在板下 对钢梁上翼缘 对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 (2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算63式中 全部荷载对组合梁产生的正弯矩;钢材的抗拉和抗弯强度设计值;混凝土抗压强度设计值；、组合梁的组合截面对钢梁上翼缘、下翼缘和混凝土顶的抵抗矩。2)当组合梁下设置临时支撑时,按一阶段受力设计,梁上的荷载全部由组合截面承担。当考虑混凝土徐变的影响时,其截面应力可按下式计算:(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算64A A、中和轴在板内、中和轴在板内 对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 B B、中和轴在板下、中和轴在板下 对钢梁下翼缘(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算65 对组合梁顶部混凝土 式中 永久荷载对组合梁产生的弯矩设计值 扣除永久荷载后的可变荷载对组合梁产生的弯矩设计值。3)当组合梁下不设置临时支撑时,按两个阶段受力设计,这时不考虑长期荷载作用下混凝土徐变的影响,其截面应力可按下式计算：(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算66对钢梁下翼缘 对组合梁顶部混凝土 式中 施工阶段的永久荷载对组合梁产生的弯 矩设计值；使用阶段的永久荷载与可变荷载对组 合梁产生的弯矩设计值。(2)组合梁正应力计算组合梁正应力计算67(1)计算原则计算原则 1)计计算算组组合合梁梁的的剪剪应应力力时时，应应考考虑虑施施工工阶阶段段和和使使用用阶阶段段不不同同工工作作截截面面和和受力特点；受力特点；2)在在楼楼板板混混凝凝土土未未硬硬化化之之前前，施施工工阶阶段段的的全全部部荷荷载载由由组组合合梁梁的的钢钢梁梁承承担担，钢钢梁梁的的剪剪应应力力按按钢钢梁梁截截面面进进行行计计算算，当当楼楼板板的的强强度度达达到到混混凝凝土土的的设设计计强强度度后后，后后加加的的使使用用阶阶段段荷荷载载由由组组合合梁梁来来承承担担，其其钢钢梁梁的的剪剪应应力力按按组组合合截截面计算；面计算；3)组组合合梁梁的的钢钢梁梁的的实实际际剪剪应应力力，等等于于钢钢梁梁分分别别按按两两阶阶段段产产生生的的剪剪应应力力之之和。和。4 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算68(2)剪应力计算公式剪应力计算公式 1）第一受力阶段）第一受力阶段 在施工荷载作用下在施工荷载作用下,钢梁截面剪应力分布（见图钢梁截面剪应力分布（见图3.2.18b),3.2.18b),剪应力按下式计算：剪应力按下式计算：式中式中 施工阶段的可变荷载和永久荷载在钢梁上产施工阶段的可变荷载和永久荷载在钢梁上产 生的剪力设计值生的剪力设计值;剪应力验算截面以上的钢梁截面面积对剪应力验算截面以上的钢梁截面面积对 钢梁中和轴钢梁中和轴S-S的面积矩；的面积矩；、钢梁的腹板厚度和毛截面的惯性矩。钢梁的腹板厚度和毛截面的惯性矩。4 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算692)2)第二受力阶段第二受力阶段 组合梁在使用阶段增加的荷载作用下组合梁在使用阶段增加的荷载作用下,其钢梁的剪应其钢梁的剪应力按下式计算：力按下式计算：4 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算70式中式中 使用阶段总荷载使用阶段总荷载(可变加永久可变加永久)减去施工减去施工 阶段总荷载对组合梁产生的剪力设计值；阶段总荷载对组合梁产生的剪力设计值；剪应力计算截面以上的钢梁截面对组合剪应力计算截面以上的钢梁截面对组合 截面截面(组合梁换算截面组合梁换算截面)中和轴中和轴0-0的面积的面积 矩；矩；组合梁换算截面的惯性矩组合梁换算截面的惯性矩.3)3)总的剪应力总的剪应力 a、当组合截面的中和轴、当组合截面的中和轴0-0位于钢梁截面内时，钢位于钢梁截面内时，钢梁总剪应力按梁总剪应力按 计算（见图计算（见图3.4.6d）。）。4 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算71 b、当组合截面的中和轴0-0位于混凝土翼缘或板托内时，钢梁剪应力的验算截面取钢梁腹板与翼缘的交接面，此处钢梁的剪应力最大。(3)抗剪强度验算抗剪强度验算 式中 钢材的抗剪强度设计值。4 4、组合梁竖向受剪承载力计算组合梁竖向受剪承载力计算72 在梁腹板与翼缘交接处同时作用有很大的法向应力和剪应力，为此，必须验算其主应力。钢梁的主应力应分别满足下列条件：5、主应力计算、主应力计算73 1、适用范围、适用范围 符符合合下下列列条条件件、且且混混凝凝土土翼翼板板与与钢钢梁梁部部件件之之间间实实现现完完全全抗抗剪剪连连接接的的组组合合梁梁，其其使使用用阶阶段段应应按按塑塑性性理理论论进行截面分析和承载力计算。进行截面分析和承载力计算。(1)在在设设计计荷荷载载作作用用下下，不不会会因因交交替替发发生生受受拉拉屈屈服服和受压屈服使材料和受压屈服使材料低周疲劳破坏低周疲劳破坏的构件；的构件；(2)组合梁的组合梁的中和轴位于混凝土受压翼缘板面内中和轴位于混凝土受压翼缘板面内；(3)组合梁的塑性中和轴虽位于其钢梁部件的截面组合梁的塑性中和轴虽位于其钢梁部件的截面内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均满足表内，但钢梁翼缘和腹板的板件宽厚比均满足表3.4.1的的要求。要求。3.5 3.5 组合梁组合梁按塑性按塑性计算理论分析计算理论分析74 （1）组合梁截面）组合梁截面应全截面塑性化应全截面塑性化，即钢材的力学性能，即钢材的力学性能应满足以下条件：应满足以下条件：1)强屈比强屈比 2)伸长率伸长率 3)极限应变极限应变 （2）组合梁中钢梁组合梁中钢梁,在出现全截面塑性化之前在出现全截面塑性化之前,受压翼受压翼缘和腹板缘和腹板不发生板件的局部屈曲不发生板件的局部屈曲;（3）应设置侧向支承杆）应设置侧向支承杆,以控制钢梁的侧向变形和弯扭以控制钢梁的侧向变形和弯扭变形变形.2、适用条件、适用条件75 1、计算假定、计算假定（1）塑性）塑性中和轴以下中和轴以下的的型钢截面型钢截面，其，其拉应力拉应力全部达到钢全部达到钢 材材抗拉强度设计值抗拉强度设计值 ；（2）塑性）塑性中和轴以上中和轴以上的型钢截面，其的型钢截面，其压应力压应力全部达到钢全部达到钢 材的材的抗压设计强度抗压设计强度 ；（3）塑性中和轴以上的）塑性中和轴以上的混凝土截面混凝土截面均匀受压均匀受压,其其压应力压应力全全 部达到混凝土的部达到混凝土的抗压强度设计值抗压强度设计值 ；（4）塑性中和轴以下的混凝土截面）塑性中和轴以下的混凝土截面,假定全部开裂而不再假定全部开裂而不再 受力；受力；3.5.1 组合梁受弯承载力计算组合梁受弯承载力计算76 （5）组合梁受到负弯矩作用时，混凝土翼缘板有效）组合梁受到负弯矩作用时，混凝土翼缘板有效宽度内的纵向钢筋，其拉应力全部达到钢筋的抗拉强度宽度内的纵向钢筋，其拉应力全部达到钢筋的抗拉强度设计值设计值 ；（6）若钢筋混凝土板的支座处设置了混凝土板托，）若钢筋混凝土板的支座处设置了混凝土板托，确定组合梁截面尺寸时，混凝土板托的截面尺寸不计。确定组合梁截面尺寸时，混凝土板托的截面尺寸不计。2、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式 （1）塑性中轴位于混凝土受压翼板内塑性中轴位于混凝土受压翼板内(图图3.5.13.5.1),),即即 时，时，1、计算假定、计算假定77式中 正弯矩设计值 2、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式78 混凝土翼缘板受压区高度；混凝土翼缘板受压区高度；钢梁截面应力合力至混凝土受压区截面应钢梁截面应力合力至混凝土受压区截面应 力合力间的距力合力间的距离离；钢梁的截面面积；钢梁的截面面积；钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值；钢材的抗拉、抗压、抗弯强度设计值；混凝土抗压强度设计值混凝土抗压强度设计值。（2）塑性中和轴在钢梁腹板内塑性中和轴在钢梁腹板内 (图图3.5.2)3.5.2)，即即 时，时，2、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式792、正弯矩作用区段承载力计算公式、正弯矩作用区段承载力计算公式80式中式中 钢梁的受压区截面面积钢梁的受压区截面面积;钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压区钢梁受拉区截面形心至混凝土翼板受压区 截面形心的距离截面形心的距离;钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区截面形钢梁受拉区截面形心至钢梁受压区截面形 心的距离心的距离.813 3、负弯矩区段承载力计算、负弯矩区段承载力计算(见图3.5.3)82式中 负弯矩设计值；、钢梁塑性中和轴(平分钢梁截面积的轴 线)以上和以下截面对该轴的面积矩；负弯矩区混凝土翼板有效宽度范围内的 纵向钢筋截面面积；纵向钢筋截面形心至组合梁塑性中和轴 之间的距离；组合梁塑性中和轴至钢梁塑性中和轴 的距离。当组合梁塑性中和轴在钢梁 腹板内时,可取 ；当 该中和轴在钢梁翼缘内时,可取钢梁塑 性中和轴至腹板上边缘的距离。83 1 1、采用、采用塑性设计法塑性设计法计算组合梁的承载力时计算组合梁的承载力时,对于受对于受正弯矩作用组合梁截面正弯矩作用组合梁截面,可不计入弯矩与剪力的相互影响；可不计入弯矩与剪力的相互影响；对负弯矩作用的组合梁截面对负弯矩作用的组合梁截面,当满足时当满足时 ,不考不考虑弯矩和剪力的相互影响。虑弯矩和剪力的相互影响。2 2、简支组合梁简支组合梁若按塑性设计方法分析时若按塑性设计方法分析时,不考虑不考虑混混凝土翼缘板及其板托参与凝土翼缘板及其板托参与承担剪力承担剪力。3.5.2 3.5.2 组合梁组合梁受剪承载力受剪承载力计算计算84 3 3、组合梁截面的、组合梁截面的全部剪力全部剪力,假定仅由其钢假定仅由其钢梁部件的梁部件的腹板承担腹板承担,其受剪承载力按下式计算：其受剪承载力按下式计算：式中式中 组合梁内钢梁部件截面高度；组合梁内钢梁部件截面高度；组合梁内钢梁部件截面的厚度；组合梁内钢梁部件截面的厚度；钢材的抗剪强度设计值。钢材的抗剪强度设计值。85 3.6.1 3.6.1构造要求构造要求 1、一般构造要求、一般构造要求 抗剪连接件的作用是抵抗水平抗剪连接件的作用是抵抗水平剪剪力和竖向掀起力力和竖向掀起力，其设置应符合以，其设置应符合以下规定下规定:（1）栓钉连接件钉头下表面或栓钉连接件钉头下表面或槽钢连接件上翼缘下表面应槽钢连接件上翼缘下表面应高出翼高出翼缘板底部钢筋顶面缘板底部钢筋顶面30mm；（2）连接件沿梁跨度方向的最）连接件沿梁跨度方向的最大间矩不应大于混凝土翼板（包括大间矩不应大于混凝土翼板（包括板托）厚度的板托）厚度的4倍倍,且不应大于且不应大于400mm；3.6 3.6 抗剪连接件抗剪连接件的设计的设计86 （3）连接件连接件的外侧边缘至的外侧边缘至钢梁翼缘板边缘钢梁翼缘板边缘的距离的距离不应小于不应小于20mm；（4）连接件连接件的外侧边缘至的外侧边缘至混凝土翼缘板边缘混凝土翼缘板边缘的距的距离不应小于离不应小于100mm；（5）连接件连接件的顶面的顶面混凝土保护层混凝土保护层的厚度不应小于的厚度不应小于15mm。3.6.1 3.6.1 构造要求构造要求87 栓钉是采用自动焊接机焊于钢梁翼缘上，焊接时栓钉是采用自动焊接机焊于钢梁翼缘上，焊接时使用配件瓷环，在自动拉弧焊接的过程中能隔气、使用配件瓷环，在自动拉弧焊接的过程中能隔气、保温、档光，防止溶液飞溅。保温、档光，防止溶液飞溅。1）栓钉的公称直径栓钉的公称直径 8mm、10mm、13mm、16mm、19mm及及22mm，常用的为后，常用的为后4种；种；2）栓钉的长度不应小于杆径的）栓钉的长度不应小于杆径的4 4倍倍；2、各种抗剪连接件的构造要求、各种抗剪连接件的构造要求 （1）栓钉连接件）栓钉连接件8889 3）当当栓栓钉钉的的位位置置不不正正对对钢钢梁梁腹腹板板时时,如如钢钢梁梁上上翼翼缘缘承承受受拉拉力力，则则栓栓钉钉杆杆直直径径不不应应大大于于钢钢梁梁上上翼翼缘缘厚厚度度的的1.5倍倍，如如钢钢梁梁的的上上翼翼缘缘不不承承受受拉拉力力，则则栓栓钉钉杆杆直径不应大于钢梁上翼缘厚度的直径不应大于钢梁上翼缘厚度的2.5倍；倍；4）栓栓钉钉沿沿梁梁跨跨方方向向间间距距不不应应小小于于杆杆径径6倍倍，垂垂直于梁跨方向的间距不应小于杆径直于梁跨方向的间距不应小于杆径4倍倍,见图见图3.6.1；90 5）用压型钢板作底模的组合梁）用压型钢板作底模的组合梁,栓钉杆直径不宜大于栓钉杆直径不宜大于19mm,19mm,混凝凸肋宽度不应小于栓钉直径的混凝凸肋宽度不应小于栓钉直径的2.52.5倍；栓钉高度倍；栓钉高度 应满足应满足 （图（图3.6.2 3.6.2）。）。3.6.1 3.6.1 构造要求构造要求91 （2）弯筋连接件）弯筋连接件 1 1）弯弯起起钢钢筋筋应应成成对对称称布布置置,直直径径不不应应小小于于12mm,弯弯起起角角一一般般为为450,弯弯折折方方向向应应与与混混凝凝土土翼翼板板对对钢钢梁梁的的水平剪力方向相一致（见下图）。水平剪力方向相一致（见下图）。92 2)2)在在梁梁的的跨跨中中区区段段可可能能发发生生纵纵向向水水平平剪剪应应力力变变号号处处,应在两个方向均设置弯起钢筋；应在两个方向均设置弯起钢筋；3)3)每每根根弯弯起起钢钢筋筋从从弯弯起起点点算算起起的的总总长长度度不不应应小小于于25 ,其中的水平段长度不应小于其中的水平段长度不应小于10 ；4)4)弯弯起起钢钢筋筋连连接接件件沿沿梁梁长长方方向向的的间间距距应应宜宜小小于于混混凝凝土翼缘板（包括板托）土翼缘板（包括板托）0.7倍；倍；5)5)弯弯起起钢钢筋筋与与钢钢梁梁连连接接的的双双侧侧焊焊缝缝的的长长度度应应不不小小于于4(HPB235钢筋钢筋)或或5d(变形钢筋变形钢筋),为钢筋直径；为钢筋直径；93（3）槽钢连接件）槽钢连接件 1)1)槽槽钢钢连连接接件件翼翼般般采采用用Q235钢钢轧轧制制的的小小型型槽槽钢钢.2)2)槽槽钢钢连连接接件件的的开开口口方方向向应应与与板板梁梁叠叠合合面面纵纵向向水平剪力方向一致水平剪力方向一致,见图见图3.6.4。94 3)3)槽钢连接件沿梁跨度方向的间距不应大于混凝槽钢连接件沿梁跨度方向的间距不应大于混凝土翼板土翼板(包括板托包括板托)厚度的厚度的4倍倍,且不应大于且不应大于400mm.3、钢梁顶面不得涂刷油漆、钢梁顶面不得涂刷油漆,并应在浇混凝土楼板之并应在浇混凝土楼板之前清除铁绣、焊渣及其它杂质。前清除铁绣、焊渣及其它杂质。4、梁端连接件、梁端连接件 （1）组合梁的端部）组合梁的端部,应在钢梁顶面焊接两端连接件应在钢梁顶面焊接两端连接件,以以承受因混凝土干缩所引起的应力承受因混凝土干缩所引起的应力.（2）梁端连接件一般采用工字钢上加焊水平锚筋）梁端连接件一般采用工字钢上加焊水平锚筋,见见图图3.6.5.（3）梁端连接件的工字钢上的锚筋）梁端连接件的工字钢上的锚筋,其直径和根数根其直径和根数根据计算来确定据计算来确定.95961、栓钉、栓钉连接件的连接件的受力性能受力性能 3.6.2 3.6.2 抗剪连接件受力性能抗剪连接件受力性能972、弯筋连接件的受力性能、弯筋连接件的受力性能3、槽钢连接件的受力性能、槽钢连接件的受力性能981 1、圆柱头焊钉连接件承载力、圆柱头焊钉连接件承载力 组合梁中栓钉连接件主要承受侧压力，栓钉组合梁中栓钉连接件主要承受侧压力，栓钉的承载力随其长度的增加而增加的承载力随其长度的增加而增加,但当栓钉的长但当栓钉的长度与直径之比大于度与直径之比大于4 4之后之后,承载力的增长有限。承载力的增长有限。（1 1）普通混凝土翼缘板）普通混凝土翼缘板 栓钉的承载力设计值可按下列公式计算，或栓钉的承载力设计值可按下列公式计算，或查表查表3.6.13.6.1。3.6.3 3.6.3 单个单个抗剪连接件承载力抗剪连接件承载力